AOTUDYN小炸高条件下K型聚能装药结构优化设计(3)
图1.1.1 K装药结构示意图
图1.1.2 K装药结构到达靶面前的射流形态
1.2 国内外研究现状
1.2.1 串联侵彻战斗部的研究现状
1.2.2 K装药研究现状
1.3 本文研究内容
本文将结合理论知识和数值模拟,重点讨论小炸高条件下K型聚能装药结构参数对聚能侵彻体成型的影响。首先从理论着手，用前人的经验作为设计的前提，从理论上分析K型聚能装药结构参数对侵彻体成型的影响。再运用有限元软件ANSYS 建立药型罩模型，通过LS-DYNA对模型进行数值仿真，找出结构参数对侵彻体形成的影响规律。然后利用正交优化设计的方法，研究了药型罩外壁曲率半径、偏心距、药型罩壁厚、隔板半径、张角、锥角这优尔个因素对侵彻体头部速度、尾部速度及长度这三个指标影响的主次关系，得到各因素下的最优水平组合。最后运用AUTODYN软件建立K型聚能装药对靶板侵彻模型，模拟射流侵彻装甲，观察其破坏效果，得到小炸高条件下侵彻体对装甲的侵彻过程，最终设计出较理想的模型。
2 K装药形成杆式射流的成型理论
2.1 PER理论
Pugh，Echelberger和Rostoker等人对成型装药形成的定常理论进行了改进，发展了称之为PER理论的非定常理论，其基本假设在定常不可压缩理论的基础上，认为药型罩各个微元压垮速度、压垮角不同。PER理论只适用于平面起爆的锥形或楔形罩，许多学者对其进行了扩展、压垮角不同。PER理论只适用于平面起爆的锥形或楔形罩，许多学者对其进行了扩展，增加了一些辅助方程，考虑微元的压垮加速过程从而将其发展成适用于任意药型罩形状和任意起爆方式的一般射流分析理论。
锥形罩压垮和几何关系如图2.1.1所示。考虑一个爆轰波垂直于药型罩的轴线，在单位时间内从P点压向Q点。当爆轰波到达Q点时，原来在P点的单位以与药型罩法线成 角的方向压垮到药型罩轴线上的J点。正在压垮的药型罩外形由QMJ给出，如图所示。爆轰 假设为常数，爆轰波扫过药型罩的速率为 。考虑到爆轰波仅对药型罩施加一个瞬时的冲击，我们推断，正如在沿着药型罩从P到Q以速度 运动的坐标系中所看到的，爆轰波的作用仅改变了药型罩单元的运动方向，而不是它的速度。这个结论导致了在 角和绝对压垮速度之间的如下关系式：
这个表达式常称为泰勒表达式，原先是对爆炸圆柱体推导的。现在考虑J点，圆环单元被压垮在这里的轴线上，并分成了两段，其中之一称为射流，而另一个称为杵体。在有J点的运动坐标中，金属流进入该区，在两个方向上分成两股流。假如进入这个滞区的相对于动坐标系的速度等于射流和杵体二者的相对速度，在这个假设下，当然还有不可压缩的假设，得到下面的结果：
式中， ——射流的绝对速度
——如图所示的压垮角
——半锥角
——射流质量与药型罩质量之比
——沿锥罩轴线的坐标
符号上的一撇表示相对于 的导数。
方程（2.1）~（2.4）表示了PER理论的基本结果。
图2.1.1 压垮过程的几何关系
2.2 扩展的PER理论模型
由于PER理论只适用于平面起爆的锥形或楔形罩，许多学者对其进行了扩展，增加了一些辅助方程，考虑微元的压垮加速过程从而将其发展成适用于任意药型罩形状和任意起爆方式的一般射流分析理论。
基本假设：
（1）在爆轰作用下，药型罩材料强度可以忽略，把药型罩作为一种非粘性的不可压缩流体来处理；